JP2896127B2 - Functional element comprising composite layer of magnetostrictive material and piezoelectric material and magnetic head provided with the same - Google Patents
Functional element comprising composite layer of magnetostrictive material and piezoelectric material and magnetic head provided with the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光磁気記
録、磁気記録などの分野において、精密な位置決めや一
定の接触圧力を維持することを必要とする機構部分に使
用するアクチュエータを備えた機能素子及び同機能素子
を備えた磁気ヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention includes an actuator used for a mechanism that requires precise positioning and a constant contact pressure in fields such as optical communication, magneto-optical recording, and magnetic recording. The present invention relates to a functional element and a magnetic head including the functional element.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、電磁式のアクチュエータは電気的
にコントロールできる便利さから幅広い分野に応用され
てきた。電磁式のアクチュエータは駆動力の発生源が電
磁力であり、基本的にはコイルに流す電流を必要とする
のに対して、圧電式は駆動力の発生源は圧電材料の逆圧
電効果であり、電圧駆動されるので、基本的に消費電力
の少ない構成が可能となる。反面、変位量が少なく応用
できる分野は制限されてくるが、一定以下の変位量の範
囲では、電磁式に比べて小型軽量、省電力さらに高速応
答性などの長所を基本的に備えている。近年、機器の小
型化や省電力化あるいは新しいタイプの記録方式の出現
に伴って、この圧電式アクチュエータが有望視されてき
た。2. Description of the Related Art Conventionally, electromagnetic actuators have been applied to a wide range of fields due to the convenience of electrical control. Electromagnetic actuators use electromagnetic force as the source of the driving force, and basically require a current to flow through the coil, whereas piezoelectric types use the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric material as the source of the driving force. , Voltage driving, a configuration with low power consumption is basically possible. On the other hand, the field of application where the amount of displacement is small is limited, but within the range of the amount of displacement below a certain level, advantages such as small size, light weight, power saving and high-speed response are basically provided as compared with the electromagnetic type. In recent years, with the miniaturization and power saving of devices and the emergence of a new type of recording method, this piezoelectric actuator has been regarded as promising.
【0003】圧電式アクチュエータは機構的に、次の4
種に分けることができる。 a 短板式 b バイモルフ式(又はモノモルフ式) c 積層型方式 d 超音波モータ方式 この方式を簡単に説明すると、aは圧電材料に電極を形
成した単純な構成で、電界と直交する方向の変位を利用
する横効果型と平行な方向の変位を利用する縦効果型に
分けることができる。この方式は構成が単純で、堅牢で
ある反面、変位量が少なく用途は極めて少ない。bは矩
形の単板式を2枚張り合わせた構造で、一端を固定し他
端を自由にし、片側に伸びの変形を他の片側に縮みの変
形を生じさせるように電界を作用させたとき、自由端が
大きく撓んで変形することを利用したもので、構成の中
に変位の拡大機構を備えたものであり、比較的幅広い用
途がある。また、片側が通常の弾性体である場合駆動力
は半減するが、自由端には比較的大きな変位が得られる
ことから、この方式も広く使われモノモルフと呼んでい
る。但し、これらの両者に共通する欠点があり、それは
変位が大きい分発生する力が弱いことである。以下の説
明においてはバイモルフ式にモノモルフ式が含まれるも
のとする。[0003] Piezoelectric actuators are mechanically divided into the following four types.
Can be divided into species. a Short plate type b Bimorph type (or monomorph type) c Laminated type d Ultrasonic motor type To briefly explain this type, a is a simple configuration in which an electrode is formed on a piezoelectric material. It can be divided into a horizontal effect type that uses a displacement and a vertical effect type that uses a displacement in a direction parallel to the direction. This method has a simple structure and is robust, but has a small amount of displacement and has very few uses. b is a structure in which two rectangular single-plate types are bonded together. One end is fixed and the other end is free. When an electric field is applied so as to cause expansion deformation on one side and shrinkage deformation on the other side, a free state is obtained. This is based on the fact that the end is largely bent and deformed, and is provided with a displacement enlarging mechanism in the configuration, and has a relatively wide range of applications. When one side is made of a normal elastic body, the driving force is reduced by half, but a relatively large displacement can be obtained at the free end. Therefore, this method is also widely used and is called a monomorph. However, there is a disadvantage common to both of them, which is that the generated force is weaker as the displacement is larger. In the following description, it is assumed that the bimorph type includes the monomorph type.
【0004】cの積層型方式は、単板を厚み方向に複数
個張り合わせた構成で、個々の単板には縦効果の厚み方
向に同じ方向の変位が発生するように、電界が印加され
るように構成したもので、変位は積層枚数分合成される
ため積層枚数分拡大され、また発生力が大きくとれるこ
とが特徴である。dの超音波モータ方式は、超音波振動
子で発生する定常波や進行波を組み合わせて回転や直進
運動を得るものである。振動子は磁歪方式でもよく、必
ずしも圧電式にする必要もない。以下の説明においは圧
電式アクチュエータは上記a、b、cを意味することと
する。本発明は、以上で説明した圧電式アクチュエータ
の中で、bバイモルフ式(又はモノモルフ式)のアクチ
ュエータとそれを利用した機能素子又は該機能素子を備
えた磁気ヘッドに関する[0004] The lamination type c has a structure in which a plurality of veneers are laminated in the thickness direction, and an electric field is applied to each veneer so that displacement in the same direction occurs in the thickness direction of the longitudinal effect. In such a configuration, the displacement is synthesized by the number of stacked layers, so that the displacement is enlarged by the number of stacked layers, and the generated force is large. The ultrasonic motor method d obtains rotation or linear motion by combining standing waves and traveling waves generated by the ultrasonic transducer. The vibrator may be of a magnetostrictive type, and need not necessarily be of a piezoelectric type. In the following description, the piezoelectric actuator means the above a, b, and c. The present invention relates to a b-bimorph (or monomorph) actuator among the piezoelectric actuators described above, a functional element using the same, and a magnetic head including the functional element.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前項で説明する通り、
バイモルフ型のアクチュエータは簡単な構成で比較的大
きな変位を得ることができるため幅広い分野で利用され
ているが、圧電式アクチュエータに共通する問題とし
て、変位のヒステリシスや経時変化が大きいことであ
り、特にバイモルフ型においてはこの問題が顕著であ
る。これを具体的に説明すると、最初電圧を0から徐々
に増大させて一定の量まで変位させた後に電圧徐々に減
少させて0にした時、昇圧時と減圧時では同じ電圧に対
して変位量が異なることである。したがって、変位は完
全には元に戻らない。また、一定の電圧を印加した状態
で放置すると変位は徐々に変化していく。この経時変化
の主な原因は、構成する圧電材料や中間の弾性体材料あ
るいはバルク材が用いられるそれらの相互間の接着層
が、長時間の変形時にクリープ変形を起こすためと言わ
れている。特に、接着層の存在は経時変化に対して悪影
響を及ぼす。As described in the previous section,
Bimorph-type actuators are used in a wide range of fields because they can obtain relatively large displacements with a simple configuration.However, a common problem with piezoelectric actuators is that displacement hysteresis and time-dependent changes are large. This problem is remarkable in the bimorph type. More specifically, when the voltage is first gradually increased from 0 to be displaced to a certain amount, and then gradually decreased to 0, the displacement amount is the same for the same voltage at the time of pressure increase and pressure decrease. Is different. Therefore, the displacement does not completely return. Also, if the apparatus is left with a constant voltage applied, the displacement gradually changes. It is said that the main cause of the change with time is that the constituent piezoelectric material, the intermediate elastic material, or the bulk material is used, and the adhesive layer between them causes creep deformation during long-term deformation. In particular, the presence of the adhesive layer has an adverse effect on aging.
【0006】ヒステリシスの対策としては、印加電圧を
制御する代わりに電極上の電荷を制御することにより改
善することも行なわれているが精度面で必ずしも十分で
なく、またこの方式は経時変化に対しては無効である。
この点、変位を常に検知してそれを駆動電圧にフイード
バックすることが可能であれば、ヒステリシスの問題や
経時変化の問題が解決できる。しかし、従来の変位の検
知方法が光学式や静電容量変換型の場合は構造が大がか
りになるという欠点がある。As a countermeasure against the hysteresis, an improvement has been made by controlling the electric charge on the electrode instead of controlling the applied voltage, but the accuracy is not always sufficient. Invalid.
In this regard, if it is possible to always detect the displacement and feed it back to the drive voltage, the problem of hysteresis and the problem of aging can be solved. However, when the conventional displacement detection method is an optical type or a capacitance conversion type, there is a disadvantage that the structure becomes large.
【0007】本発明で解決しょうとしている課題は、簡
単な構造で変位を検知し、それを駆動電源にフイードバ
ックし、常に必要とする変位量が指定できる機能素子を
提供することである。また本発明の機能素子のように、
一つの素子が変位の発生と同時にこの変位を検知できる
機能が実現できると、この素子に外部から物体が接触
し、外力で変位した場合に発生する変位を検知し、それ
を駆動電圧にフイードバックすることにより、その物体
との接触圧力を一定内に自己制御できる機能を持つ素子
とすることが可能である。The problem to be solved by the present invention is to provide a functional element which detects displacement with a simple structure, feeds it back to a driving power source, and can always specify a required displacement. Also, like the functional element of the present invention,
If one element can realize the function of detecting this displacement at the same time as the occurrence of the displacement, an object comes in contact with this element from the outside and the displacement generated when it is displaced by external force is detected, and it is fed back to the drive voltage This makes it possible to provide an element having a function of self-controlling the contact pressure with the object within a certain range.
【0008】近年、急速に小型化、高記録密度化が進展
したハードディスクドライブ(HDD)に使用されてい
る磁気ヘッドは、記録の高密度化に伴い益々高精度化が
要求されている。読み込み、書き込みは従来の浮上型に
加えて、接触型も採用されるようになっている。このハ
ードディスクドライブ方式に接触型磁気ヘッドを採用す
ると記録密度を著しく高めることができる。浮上方式で
は磁気ディスクに対してその距離が40〜50ナノメー
ター離れているために、記録密度がそれだけ低い。これ
に対し、接触型では素子とディスク表面の距離を10ナ
ノメーター以下に制御するもので、記録密度を飛躍的に
向上させることができる。In recent years, magnetic heads used in hard disk drives (HDDs), which have rapidly become smaller and have higher recording densities, are required to have higher precision as recording densities increase. For reading and writing, a contact type has been adopted in addition to the conventional floating type. When a contact magnetic head is employed in the hard disk drive system, the recording density can be significantly increased. In the levitation method, the recording density is lower because the distance from the magnetic disk is 40 to 50 nanometers. On the other hand, in the contact type, the distance between the element and the disk surface is controlled to 10 nanometers or less, and the recording density can be dramatically improved.
【0009】しかし、これには問題があり接触型では摩
擦によって磁気ディスクの平滑剤が溶けだしたり、記録
・再生素子が削れてしまい、さらにその削れ屑が発生し
て磁気ヘッドやディスクの耐久性を低下させるという問
題があった。この場合、浮上型と接触型のいずれの方法
に対しても、磁気ディスクの記録トラックとヘッドとの
位置関係、すなわち浮上型では磁気ヘッドと磁気ディス
クの間隔と位置、接触型では接触圧力と位置などをいか
に一定にしかも精度よく保つかが、安定動作上重要な課
題になっている。本発明は特に、上記HDDに使用され
る磁気ヘッドの水平、垂直及び接触圧力の微少制御に課
題に有効である。However, there is a problem with this. In the contact type, the smoothing agent of the magnetic disk begins to melt due to friction, and the recording / reproducing element is shaved, and the shavings are generated, thereby reducing the durability of the magnetic head and the disk. There was a problem of lowering. In this case, for both the floating type and the contact type, the positional relationship between the recording track of the magnetic disk and the head, that is, the interval and position between the magnetic head and the magnetic disk in the floating type, and the contact pressure and position in the contact type How to maintain such constant and high precision is an important issue for stable operation. The present invention is particularly effective for the task of finely controlling the horizontal, vertical and contact pressure of the magnetic head used in the HDD.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、 1 アクチュエータ素子として機能する圧電体材料とセ
ンサー機能を有する磁歪材料を積層し、圧電体材料の歪
みまたは変形による変位を磁歪材料により検出して電気
信号に変換し、これを圧電体材料の制御電圧にフイード
バックして積層体の変位を修正することを特徴とする磁
歪材料と圧電体との複合層からなる機能素子 2 磁気ディスクと一定の接触圧力をもって機能する接
触型磁気ヘッドの駆動機構の一部に、アクチュエータ素
子として機能する圧電体材料と変位センサー機能を有す
る磁歪材料を1または複数個形成し、磁気ディスクとの
接触によって生ずる圧電体材料の歪みまたは変形を磁歪
材料により検出して電気信号に変換し、これを圧電体材
料のアクチュエータにフイードバックして圧電体材料の
変位を修正することにより、磁気ヘッドを磁気ディスク
に対して一定の接触圧力をもって接触させること、及び
又は圧電体材料の歪みまたは変形による変位で磁気ヘッ
ドの位置を磁気ディスクに対して水平方向に微少制御す
ると同時に、この変位量の基準からのずれを磁歪材料に
より検出して電気信号に変換し、これを圧電体材料のア
クチュエータにフイードバックして圧電体材料の変位を
修正することにより、磁気ヘッド部と磁気ディスク面の
トラックとの位置関係を微少調節することを特徴とする
磁歪材料と圧電体材料との複合層からなる機能素子を備
えた磁気ヘッド 3 磁気ディスクと一定の間隔をもって機能する浮上型
磁気ヘッドの駆動機構の一部に、アクチュエータ素子と
して機能する圧電体材料と変位センサー機能を有する磁
歪材料を1または複数個形成し、圧電体材料の歪みまた
は変形による変位で磁気ヘッドの位置を磁気ディスクに
対して垂直方向及び又は水平方向に微少制御すると同時
に、この変位量の基準からのずれを磁歪材料により検出
して電気信号に変換し、これを圧電体材料のアクチュエ
ータにフイードバックして圧電体材料の変位を修正する
ことにより、磁気ヘッド部の記録媒体に対する間隔及び
又は磁気ディスク面内のトラックとの位置関係を微少調
節することを特徴とする磁歪材料と圧電体材料との複合
層からなる機能素子を備えた磁気ヘッド 4 圧電体材料及び又は磁歪材料がバルク材であること
を特徴とする上記1〜3のそれぞれに記載の機能素子又
は該機能素子を備えた磁気ヘッド 5 圧電体材料及び又は磁歪材料が薄膜であることを特
徴とする上記1〜3のそれぞれに記載の機能素子又は該
機能素子を備えた磁気ヘッド 6 磁歪材料がFe−Co−Si−B系合金のアモルフ
アスであることを特徴とする上記1〜5のそれぞれに記
載の機能素子又は該機能素子を備えた磁気ヘッド 7 圧電体材料の歪みまたは変形による変位を磁歪材料
により、1MHz〜2GHzの高周波キャリヤを使用し
て検出することを特徴とする上記1〜6のそれぞれに記
載するの機能素子又は該機能素子を備えた磁気ヘッドを
提供する。According to the present invention, there are provided: (1) a piezoelectric material functioning as an actuator element and a magnetostrictive material having a sensor function are laminated, and a displacement due to distortion or deformation of the piezoelectric material is detected by the magnetostrictive material to obtain electric power; A functional element composed of a composite layer of a magnetostrictive material and a piezoelectric material characterized in that the signal is converted into a signal and this is fed back to a control voltage of the piezoelectric material to correct the displacement of the laminated body. One or more of a piezoelectric material functioning as an actuator element and a magnetostrictive material having a displacement sensor function are formed in a part of a drive mechanism of a contact type magnetic head functioning as follows. Strain or deformation is detected by a magnetostrictive material and converted into an electric signal, which is fed back to an actuator made of a piezoelectric material and compressed. By correcting the displacement of the electric material, the magnetic head is brought into contact with the magnetic disk with a constant contact pressure, and / or the position of the magnetic head is moved relative to the magnetic disk by the displacement due to the distortion or deformation of the piezoelectric material. At the same time as fine control in the horizontal direction, the deviation of the displacement from the reference is detected by a magnetostrictive material and converted into an electric signal, which is fed back to the actuator of the piezoelectric material to correct the displacement of the piezoelectric material. A magnetic head provided with a functional element comprising a composite layer of a magnetostrictive material and a piezoelectric material, characterized in that the positional relationship between a magnetic head portion and a track on a magnetic disk surface is finely adjusted. A piezoelectric material that functions as an actuator element and a displacement sensor function are added to a part of the drive mechanism of the floating magnetic head that functions. One or more magnetostrictive materials are formed, and the position of the magnetic head is finely controlled in the vertical and / or horizontal directions with respect to the magnetic disk by the displacement due to the distortion or deformation of the piezoelectric material, and at the same time, the amount of the displacement from the reference The displacement is detected by a magnetostrictive material and converted into an electric signal, which is fed back to an actuator made of a piezoelectric material to correct the displacement of the piezoelectric material, thereby displacing the magnetic head with the recording medium and / or within the magnetic disk. A magnetic head provided with a functional element comprising a composite layer of a magnetostrictive material and a piezoelectric material, characterized in that the positional relationship with the track is finely adjusted. 4. The piezoelectric material and / or the magnetostrictive material is a bulk material. The functional element according to any one of the above 1 to 3 or the magnetic head provided with the functional element. 5 The piezoelectric material and / or the magnetostrictive material is a thin film. 6. The functional element according to any one of 1 to 3 above, or a magnetic head provided with the functional element. 6. The magnetostrictive material is an amorphous Fe-Co-Si-B alloy. Or a magnetic head provided with the functional element. 7. The method according to 1 above, wherein a displacement due to strain or deformation of the piezoelectric material is detected by a magnetostrictive material using a high-frequency carrier of 1 MHz to 2 GHz. And a magnetic head including the functional element described in any one of (a) to (d).
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明は、アクチュエータ素子と
して機能する圧電体材料とセンサー機能を有する磁歪材
料を積層し、圧電体材料の歪みまたは変形による変位を
磁歪材料により検出して電気信号に変換し、これを圧電
体材料の制御電圧にフイードバックして積層体の変位を
修正するものであるが、以下に、圧電体材料としてバル
ク材を用いたケースについて具体的に説明する。なお、
圧電体材料として薄膜を用いることもできる。薄膜を使
用する場合にはバルク材に必要とされる接着剤が不要な
ので、接着剤に特有の経時変化がなく位置決めなどの精
度がより向上するという利点がある。このように薄膜は
このような形成手段や特性にバルク材との差異があるが
構造的には同様である。薄膜の形成手段としては、ゾル
・ゲル法、スパッタリング法、CVD法などが上げられ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, a piezoelectric material functioning as an actuator element and a magnetostrictive material having a sensor function are laminated, and a displacement due to distortion or deformation of the piezoelectric material is detected by the magnetostrictive material and converted into an electric signal. Then, this is fed back to the control voltage of the piezoelectric material to correct the displacement of the laminated body. Hereinafter, a case where a bulk material is used as the piezoelectric material will be specifically described. In addition,
A thin film can be used as the piezoelectric material. When a thin film is used, the adhesive required for the bulk material is not required, so that there is an advantage that there is no change over time peculiar to the adhesive, and the accuracy of positioning and the like is further improved. As described above, although the thin film has a difference in such forming means and characteristics from the bulk material, it is structurally the same. Means for forming a thin film include a sol-gel method, a sputtering method, and a CVD method.
【0012】弾性体基板上に電極を両面に形成した圧電
体の板を両面に接着する。次に、この上面に絶縁層
(膜)を介して磁歪材料の膜を形成する。この場合、圧
電体の板は弾性体基板の片面でも良いし、また圧電体の
板の反対側の弾性体基板の面に磁歪材料の膜を形成して
もよい。このように形成した磁歪薄膜の両端に電極を形
成し、端子間インダクタンス変化から基板に撓みをイン
ピーダンスの変化として読み取ることができる。この場
合、この磁歪薄膜の形状をミアンダーパターンにするこ
とにより、より大きな変化としてとらえることができ
る。また、磁歪薄膜として鉄系アモルファス膜である軟
磁性膜を使用すると、より大きな磁気機械結合係数が得
られる。これによって、小さな歪みに対しても磁気特性
が敏感にかつ大幅に変化するため、撓みに対して感度の
高いセンサー機能を持つ素子が得られる。圧電体材料の
歪みまたは変形による変位は、磁歪材料により1MHz
〜2GHzの高周波キャリヤを使用して検出する。上記
の周波数の範囲で、比較的低い周波数の場合には5μm
程度の厚膜に使用でき、またより高い周波数の場合には
1μm程度の薄い膜に好適である。この周波数の選択は
磁性膜の厚みによって適宜選択できる。なお、1MHz
未満の低い周波数の場合には機械的共振が発生してセン
サーとしての機能が損なわれるので好ましくない。ま
た、2GHzを超える周波数の場合には漏洩電波が出、
磁性膜が自然共鳴し特性が劣化する。また、実質的に記
録再生が困難となるので好ましくない。以上より、1M
Hz〜2GHzの高周波キャリヤを使用するのが適当で
ある。A piezoelectric plate having electrodes formed on both sides on an elastic substrate is bonded to both sides. Next, a film of a magnetostrictive material is formed on this upper surface via an insulating layer (film). In this case, the piezoelectric plate may be on one side of the elastic substrate, or a film of magnetostrictive material may be formed on the surface of the elastic substrate on the opposite side of the piezoelectric plate. Electrodes are formed at both ends of the thus formed magnetostrictive thin film, and the deflection of the substrate can be read as a change in impedance from a change in inductance between terminals. In this case, by making the shape of the magnetostrictive thin film a meander pattern, it can be grasped as a larger change. When a soft magnetic film, which is an iron-based amorphous film, is used as the magnetostrictive thin film, a larger magneto-mechanical coupling coefficient can be obtained. As a result, the magnetic characteristic changes sensitively and significantly even with a small strain, and an element having a sensor function highly sensitive to bending can be obtained. Displacement due to distortion or deformation of the piezoelectric material is 1 MHz due to the magnetostrictive material.
Detect using a high frequency carrier of ~ 2 GHz. 5 μm for relatively low frequency within the above frequency range
It can be used for a thick film having a thickness of about 1 μm, and is suitable for a thin film having a thickness of about 1 μm at a higher frequency. The selection of this frequency can be appropriately selected depending on the thickness of the magnetic film. In addition, 1MHz
If the frequency is lower than this, mechanical resonance occurs and the function as a sensor is impaired, which is not preferable. In the case of a frequency exceeding 2 GHz, a leaked radio wave appears,
The magnetic film spontaneously resonates and the characteristics deteriorate. Further, it is not preferable because recording / reproducing becomes substantially difficult. From the above, 1M
It is appropriate to use a high-frequency carrier between 2 Hz and 2 GHz.
【0013】圧電体を圧電セラミックスで形成すると、
分極した方向の電界に対して圧電体は収縮の応力が発生
し、基板全体に撓みを発生させることができる。また、
逆方向の電界に対しては、圧電体は伸びの応力を発生し
て基板全体を、今度は反対方向に撓み変形する。このよ
うな圧電材料の撓みはゾル・ゲル法、スパッタリング
法、CVD法などによる薄膜材料においても同様に発生
する。次に、圧電体と磁歪薄膜との複合素子において圧
電性アクチュエータにより発生する歪み又は変形とセン
サー素子としてのインピーダンスの変化を検知する原理
を説明する。When the piezoelectric body is formed of piezoelectric ceramics,
A contraction stress is generated in the piezoelectric body with respect to the electric field in the polarized direction, so that the entire substrate can be bent. Also,
In response to an electric field in the opposite direction, the piezoelectric body generates an elongational stress, causing the entire substrate to bend and deform in the opposite direction. Such bending of the piezoelectric material similarly occurs in a thin film material formed by a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Next, the principle of detecting distortion or deformation generated by a piezoelectric actuator in a composite element of a piezoelectric body and a magnetostrictive thin film and a change in impedance as a sensor element will be described.
【0014】例として、圧電セラミックス板の上下面に
電極を形成し、その厚さ方向に電圧を印加する。この場
合、圧電体から発生する長手方向の応力σp は数1式で
与えられる。As an example, electrodes are formed on the upper and lower surfaces of a piezoelectric ceramic plate, and a voltage is applied in the thickness direction. In this case, the longitudinal stress σp generated from the piezoelectric body is given by Equation 1.
【0015】[0015]
【数1】 ここで、d31 は圧電体の圧電定数、Vは印加電圧、t
は圧電体の厚さ、Epは圧電体のヤング率である。この
応力σp により素子全体に撓みが発生し、軟磁性膜すな
わち磁歪膜が歪む。この歪み量をΔL/Lとすると、Ma
rcusのモデル(M.Marcus,Feroelectrics, 57(1980),20
3)から、軟磁性膜の透磁率μは、次の数2式で与えら
れる。(Equation 1) Here, d31 is the piezoelectric constant of the piezoelectric body, V is the applied voltage, t
Is the thickness of the piezoelectric body, and Ep is the Young's modulus of the piezoelectric body. The stress σp causes the entire element to bend, and the soft magnetic film, that is, the magnetostrictive film is distorted. Assuming that this distortion amount is ΔL / L, Ma
rcus model (M. Marcus, Ferroelectrics, 57 (1980), 20
From 3), the magnetic permeability μ of the soft magnetic film is given by the following equation (2).
【0016】[0016]
【数2】 ここで、Msは軟磁性膜の飽和磁化、Kμは一軸磁気異
方性定数、λsは飽和磁歪定数及びEfはヤング率であ
る。数2式から、圧電体で発生する応力σp によって軟
磁性膜が歪み(ΔL/L)、それによって、軟磁性膜の
実行的な磁気異方性が変化し、結果として透磁率μが変
化することになる。数2式から、透磁率の変化は軟磁性
膜の飽和磁歪定数のみならずヤング率の大きさにも左右
されるため、その両者で決まる機械結合係数が大きい材
料が要求される。(Equation 2) Here, Ms is the saturation magnetization of the soft magnetic film, Kμ is the uniaxial magnetic anisotropy constant, λs is the saturation magnetostriction constant, and Ef is the Young's modulus. From equation (2), the soft magnetic film is distorted (ΔL / L) due to the stress σp generated in the piezoelectric body, thereby changing the effective magnetic anisotropy of the soft magnetic film and consequently the magnetic permeability μ. Will be. From equation (2), a change in the magnetic permeability depends not only on the saturation magnetostriction constant of the soft magnetic film but also on the magnitude of the Young's modulus, and therefore a material having a large mechanical coupling coefficient determined by the two is required.
【0017】表1に、各種材料に磁気機械結合係数の一
覧を示す。表1から、鉄系アモルファスが最も高い磁気
機械結合係数を有することが分かる。すなわち、本発明
で用いる軟磁性材料としては上記の鉄系アモルファスが
適している。Table 1 shows a list of magneto-mechanical coupling coefficients for various materials. Table 1 shows that the iron-based amorphous has the highest magneto-mechanical coupling coefficient. That is, the above-mentioned iron-based amorphous is suitable as the soft magnetic material used in the present invention.
【0018】[0018]
【表1】 [Table 1]
【0019】次に、インピーダンス制御を説明する。軟
磁性膜の電気抵抗率をρとすると、交流電圧を印加した
場合に軟磁性膜の電気抵抗は表皮効果で変化する。その
表皮厚みをδとすると、角周波数ωの交流に対し、次の
数3式で表される。Next, the impedance control will be described. Assuming that the electric resistivity of the soft magnetic film is ρ, the electric resistance of the soft magnetic film changes by a skin effect when an AC voltage is applied. Assuming that the skin thickness is δ, it is expressed by the following equation 3 with respect to the alternating current of the angular frequency ω.
【0020】[0020]
【数3】 このときの軟磁性膜のインピーダンスZは、K=(1+
i)/δの関係を用いて、次の数4式で与えられる。(Equation 3) The impedance Z of the soft magnetic film at this time is K = (1+
i) is given by the following equation 4 using the relationship of / δ.
【0021】[0021]
【数4】 なお、L及びtはそれぞれ軟磁性膜の長さと厚さであ
る。数4式から透磁率の変化が軟磁性膜のインピーダン
スの変化として現われることになる。(Equation 4) Note that L and t are the length and thickness of the soft magnetic film, respectively. From equation (4), a change in the magnetic permeability appears as a change in the impedance of the soft magnetic film.
【0022】このようにして、圧電体材料と軟磁性膜す
なわち磁歪材料の複合構造の素子において、外部から電
圧を圧電薄膜に印加することにより発生した撓み変形
を、磁歪薄膜材料のインピーダンス変化として感知でき
ることになる。したがって、このインピーダンス変化か
ら割り出した変形量と目的の変形量に差がある場合、ア
クチュエータに印加する電圧を制御することで、所望の
変形量に維持することが可能となる。磁気ディスクと一
定の間隔をもって機能する浮上型磁気ヘッドの駆動機構
の一部に上記機能素子を内蔵させ、外力で磁気ヘッド又
はその支持機構が変位した場合に発生する歪み(応力)
又は変位を上記機能素子が検知し、それを駆動電圧にフ
ィードバックすることにより磁気ヘッドと磁気ディスク
との位置関係を一定内に自己制御させることができる。
また、磁気ディスクと一定の接触圧力をもって機能する
接触型磁気ヘッドの駆動機構の一部に上記機能素子を内
蔵させ、磁気ヘッドが磁気ディスクに接触し、外力で磁
気ヘッド又はその支持機構が変位した場合に発生する歪
み(応力)又は変位を上記機能素子が検知し、それを駆
動電圧にフィードバックすることにより磁気ヘッドと磁
気ディスクとの接触圧力を一定内に自己制御させること
ができる。これにより、磁気ディスク表面に微少な凹凸
があってもヘッドにかかる力を均等にするができ、安定
した動作が可能となる。これはバルク材料または薄膜材
料のいずれでも同様に機能させることができる。As described above, in the element having the composite structure of the piezoelectric material and the soft magnetic film, that is, the magnetostrictive material, the bending deformation generated by applying an external voltage to the piezoelectric thin film is sensed as the impedance change of the magnetostrictive thin film material. You can do it. Therefore, if there is a difference between the deformation amount determined from the impedance change and the target deformation amount, it is possible to maintain the desired deformation amount by controlling the voltage applied to the actuator. A distortion (stress) generated when the magnetic head or its supporting mechanism is displaced by an external force by incorporating the above-mentioned functional element in a part of a drive mechanism of a floating magnetic head functioning at a fixed distance from a magnetic disk.
Alternatively, the functional element detects the displacement and feeds it back to the drive voltage, whereby the positional relationship between the magnetic head and the magnetic disk can be controlled within a certain range.
In addition, the above-mentioned functional element is incorporated in a part of the drive mechanism of the contact type magnetic head which functions with a constant contact pressure with the magnetic disk, the magnetic head comes into contact with the magnetic disk, and the magnetic head or its support mechanism is displaced by an external force. The functional element detects the distortion (stress) or displacement generated in the case and feeds it back to the drive voltage, whereby the contact pressure between the magnetic head and the magnetic disk can be controlled within a certain range. As a result, even if there are minute irregularities on the surface of the magnetic disk, the force applied to the head can be equalized, and stable operation can be achieved. This can work equally well with either bulk or thin film materials.
【0023】[0023]
【実施例】次に、図1〜図11を参照して、本発明の実
施例及び特性のデータを比較データと対比しながら説明
する。図1は、圧電体と磁歪薄膜を弾性体基板1の上に
形成した例を示す。図1(A)では、弾性体基板1の片面
に電極2が形成され分極した圧電体であるPZT系セラ
ミック板3を接着しアクチュエーター部とした。この圧
電体はゾル・ゲル法、スパッタリング法またはCVD法
などにより形成したPZT系圧電体薄膜であっても良
い。そして、この上にSiO2 の絶縁膜4を介してスパ
ッタリングにより磁歪薄膜であるアモルファス膜5を形
成して歪みセンサー部とした。図1(B)では、弾性体基
板1の両面にそれぞれ電極2を設けた圧電体であるPZ
T系セラミック板3のアクチュエーター部を設け、その
片面に絶縁膜4を介してスパッタリングにより磁歪薄膜
であるアモルファス膜5を形成して歪みセンサー部を構
成した。Next, an embodiment of the present invention and characteristics data will be described in comparison with comparative data with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example in which a piezoelectric body and a magnetostrictive thin film are formed on an elastic substrate 1. In FIG. 1A, an electrode 2 is formed on one surface of an elastic substrate 1 and a PZT-based ceramic plate 3 which is a polarized piezoelectric material is bonded to form an actuator portion. This piezoelectric body may be a PZT-based piezoelectric thin film formed by a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Then, an amorphous film 5, which is a magnetostrictive thin film, was formed thereon by sputtering via an SiO 2 insulating film 4 to form a strain sensor portion. In FIG. 1B, PZ which is a piezoelectric material in which electrodes 2 are provided on both surfaces of an elastic substrate 1 respectively.
An actuator portion of a T-based ceramic plate 3 was provided, and an amorphous film 5 which was a magnetostrictive thin film was formed on one surface of the T-type ceramic plate 3 via an insulating film 4 by sputtering to form a strain sensor portion.
【0024】アクチュエーター部に電源を接続し印加電
圧の方向を制御することにより、PZT系圧電体は図2
(A)及び(B)に模式的に示すように、上方向又は下方向
に湾曲する。なお、この図2(A)及び(B)で、圧電セラ
ミックスの分極方向は紙面上において↑方向とする。こ
の結果、弾性体基板1上に成膜された磁歪薄膜であるア
モルファス膜3の透磁率が、正の電圧が印加された場合
には上昇し、負の電圧が印加された場合には低下する。
すなわち、電圧の大きさによって磁歪薄膜の透磁率が増
減するので、インダクタンスの変化から素子の撓みが検
知できることになる。ここで、PZT系圧電体の上下面
に形成した電極は平板状だけでなく、交差指状に形成し
てもアクチュエーターとしての機能が発現できる。By connecting a power source to the actuator unit and controlling the direction of the applied voltage, the PZT-based piezoelectric body
As shown schematically in (A) and (B), it curves upward or downward. Note that in FIGS. 2A and 2B, the polarization direction of the piezoelectric ceramic is the ↑ direction on the paper. As a result, the magnetic permeability of the amorphous film 3 which is a magnetostrictive thin film formed on the elastic substrate 1 increases when a positive voltage is applied, and decreases when a negative voltage is applied. .
That is, since the magnetic permeability of the magnetostrictive thin film increases or decreases depending on the magnitude of the voltage, the bending of the element can be detected from the change in inductance. Here, the electrodes formed on the upper and lower surfaces of the PZT-based piezoelectric body can exhibit a function as an actuator even if they are formed not only in a flat plate shape but also in a cross finger shape.
【0025】さらに、具体的な例について述べる。 a 外形寸法が、長さ26mm、幅4mm、厚さ0.1
5mmのソフトガラス基板の片面に、Cr−Pt−Au
のスパッタ膜の電極を両面に形成し分極処理した厚みが
0.2mmの圧電セラミックス(トーキン商品名:N−
10)をエポキシ系接着剤で接着した。この上に100
0 の厚みのSiO2 膜の絶縁膜を形成した後、さらに
この上面に高周波マグネトロンスパッタ装置を用いて、
70.2%(原子%、以下同様)、Fe、7.8%C
o、12%Si、10%Bの組成の磁歪材料となるアモ
ルファス薄膜を、長さ10mm、幅400μm、厚さ2
μmの2ターン・ミアンダーライン状にパターンを成膜
した。膜の厚さは0.5μmである。成膜条件はアルゴ
ンガス圧25×10-3 torr、出力100Wであり、タ
ーゲットに原子%で72%Fe、14%Si、14%B
の合金とCoペレットを用い、基板を水冷しながら作成
した。 b 圧電体となるPZT系セラミックスを基板の両面に
接着し、同様に高周波マグネトロンスパッタ装置を用い
て、その片面に磁歪材料となるアモルファス薄膜を作成
した。両面とする以外は上記aと同一の条件である。Further, a specific example will be described. a External dimensions are 26mm long, 4mm wide, 0.1mm thick
Cr-Pt-Au on one side of a soft glass substrate of 5 mm
A 0.2 mm thick piezoelectric ceramic (Tokin brand name: N-
10) was adhered with an epoxy adhesive. 100 on this
After forming an insulating film of a SiO 2 film having a thickness of 0, a high frequency magnetron sputtering device is further formed on the upper surface of the insulating film.
70.2% (atomic%, the same applies hereinafter), Fe, 7.8% C
o, an amorphous thin film serving as a magnetostrictive material having a composition of 12% Si and 10% B was formed to a length of 10 mm, a width of 400 μm, and a thickness of 2 mm.
A pattern was formed in a two-turn meander line shape of μm. The thickness of the film is 0.5 μm. The film formation conditions were an argon gas pressure of 25 × 10 −3 torr and an output of 100 W, and the target was 72% Fe, 14% Si, 14% B in atomic%.
Was prepared while cooling the substrate with water using an alloy of Co and Co pellets. (b) PZT-based ceramics serving as a piezoelectric body was bonded to both surfaces of the substrate, and an amorphous thin film serving as a magnetostrictive material was formed on one surface of the substrate using a high-frequency magnetron sputtering device. The conditions are the same as the above a except that both sides are used.
【0026】上記のように作成したパターンの両端部に
リード線を接合し、ネットワークアナライザー(HP 875
2A)に接続した。矩形の素子の一端を固定し他端を自由
にした状態で圧電体となるPZT系セラミック板には−
80Vと+80Vの直流電圧を印加しながら磁歪膜のミ
アンダ−ライン間のインビ−ダンスを測定した。その結
果を図3に示す。同図から500MHzを適用したと
き、符号6の場合に最大17%の変化、符号7の場合に
最大8%の変化が得られた。なお、図6の符号6は図1
(B)の構成、符号7は図1(A)の構成の場合である。次
に、このときの矩形の素子の撓み(たわみ)量を光てこ
法で測定し、撓み量とインビダ−スの関係をプロットし
た。なお、この場合は圧電体となるPZT系セラミック
スを基板の片面に接着した上記図1(A)の例に相当する
ものについて測定したものである。その結果を図4に示
す。明らかに撓み量とインビダ−ス変化は正比例を示す
ことが確認できた。The lead wires were joined to both ends of the pattern prepared as described above, and a network analyzer (HP 875) was used.
2A). A PZT-based ceramic plate that becomes a piezoelectric body with one end of a rectangular element fixed and the other end free is-
The impedance between the meander lines of the magnetostrictive film was measured while applying DC voltages of 80 V and +80 V. The result is shown in FIG. From the figure, when 500 MHz is applied, a maximum change of 17% was obtained in the case of reference numeral 6 and a maximum change of 8% was obtained in the case of reference numeral 7. 6 is the same as FIG.
Reference numeral 7 denotes the configuration of FIG. 1B, which is the case of the configuration of FIG. Next, the amount of deflection (deflection) of the rectangular element at this time was measured by an optical lever method, and the relationship between the amount of deflection and the invade was plotted. Note that, in this case, the measurement was performed on a material corresponding to the example of FIG. 1A in which a PZT-based ceramic serving as a piezoelectric body was adhered to one surface of a substrate. FIG. 4 shows the results. Clearly, it was confirmed that the amount of deflection and the change in inbidness were directly proportional.
【0027】このインビダ−スの変化を圧電素子側に印
加する駆動電圧の値にフィ−ドバックする系を構成し
た。この系の原理は磁歪素子のインダクタンスZと固定
抵抗Rを直列に接続して低電圧電源Vに接続したもの
で、インダクタンスZの両端の電圧V1がインビ−ダン
スの増減に比例することを用いてる。次に、差動アンプ
の一方の入力端子に基準となる電圧Voを接続、他方に
前述の検出電圧V1を入力する。差動アンプの出力電圧
は差の電圧に比例するので、この出力をアクチュエ−タ
素子に印加するように構成した。即ち撓み量の増減を検
知し、撓みが増える場合は電圧を下げ、逆に減少する場
合は電圧を上げるように動作する。一定の撓み変化に対
応する電圧量は素子の構成条件に応じて適当な値に調整
した。この系で一定の電圧20Vを印加して所定の撓み
量100μmになったところで、この制御系を動作させ
た場合と動作させない場合について、撓み変位量の基準
位置からの変化の経時変化を光てこを用いた測定で20
時間計測した。この結果を図5に示す。制御系の働かな
い場合は撓み変位量が時間の経過とともに徐々に増大し
ている(符号9)が、制御系を動作させた場合は撓み変
位量は一定の範囲内に維持されている(符号8)ことが
確認できた。A system is provided which feeds back the change in the impedance to the value of the drive voltage applied to the piezoelectric element. The principle of this system is that an inductance Z of a magnetostrictive element and a fixed resistor R are connected in series and connected to a low voltage power supply V, and that the voltage V1 across the inductance Z is proportional to the increase or decrease of the impedance. . Next, a reference voltage Vo is connected to one input terminal of the differential amplifier, and the above-described detection voltage V1 is input to the other input terminal. Since the output voltage of the differential amplifier is proportional to the difference voltage, this output is applied to the actuator element. That is, an increase or decrease in the amount of deflection is detected, and when the deflection increases, the voltage is decreased, and when the deflection decreases, the voltage is increased. The amount of voltage corresponding to a constant change in deflection was adjusted to an appropriate value according to the configuration conditions of the element. When a constant voltage of 20 V is applied to the control system to achieve a predetermined amount of bending of 100 μm, the change of the amount of bending displacement from the reference position over time is optically reflected when the control system is operated and when it is not operated. 20
Time was measured. The result is shown in FIG. When the control system does not work, the amount of bending displacement gradually increases with the passage of time (reference numeral 9), but when the control system is operated, the amount of bending displacement is maintained within a certain range (reference numeral 9). 8) was confirmed.
【0028】図6は、本発明をハ−ドディスクドライブ
の磁気ヘッド部11に適用した例を示している。磁気ヘ
ッドのスライダ−部を支持しているア−ム部10に本発
明の機能素子を構成した。ア−ム材として厚み0.3m
mのリン青銅板を使用した。図7(A)及び(B)に示す寸
法のリン青銅板12の片面に、Cr−Pt−Auスパッ
タ膜の電極を形成し分極処理した厚み0.2mmの圧電
セラミックス板13(ト−キン商品名:N−10)を図
7(A)及び(B)の位置にそれぞれ接着した。それぞれ圧
電セラミックス板の反対側の面にSiO2 絶縁膜14を
1000スパッタし、さらにその上に高周波マグネトロ
ンスパッタ装置を用いて70.2%(原子%、以下同
様)Fe、12%Si、10%Bの組成の磁歪性アモル
ファスをマスクを用いて、長さ10mm、幅400μ
m、厚さ2μmの2タ−ン・ミアンダ−ライン状に形成
した。ミアンダ−ラインの部分15はほぼ中央にくるよ
うにした。二つの素子は図8に示すように、互いに面が
直交するように結合させてはんだ付けを行った。ア−ム
先端部に磁気ヘッドのスライダ−部16を接着し、反対
側の基部を固定台19に治具で固定した。ア−ム部の2
ヵ所の圧電アクチュエ−タ及び撓み変形の磁歪式センサ
ーを結合し、変位量制御システムを二組17及び18を
構成した。各々の圧電アクチュエ−タ部の30Vの電圧
を分極方向に印加した後、スライダ−部の一点について
ヘッドの摺動面に対して垂直と水平方向の時間変動を、
変位制御システムを働かせた場合と働かせない場合につ
いて、テレビモニタ−式工具顕微鏡(×100)を用い
て観察した。この結果を図9のグラフに示す。変位制御
システムの働きがない場合は時間の経過と共に垂直23
及び水平方向22のいずれも位置変動量が増加し、一定
の方向に経時変化しているが、変位制御システムの働き
がある場合には垂直20及び水平21方向の位置が一定
に保持されていることが確かめられ、本発明が磁気ヘッ
ドの位置制御に有効であることが確認された。FIG. 6 shows an example in which the present invention is applied to a magnetic head unit 11 of a hard disk drive. The functional element of the present invention was formed in an arm portion 10 supporting a slider portion of a magnetic head. 0.3m thickness as arm material
m of phosphor bronze plate was used. On one surface of a phosphor bronze plate 12 having dimensions shown in FIGS. 7A and 7B, a Cr—Pt—Au sputtered film electrode is formed and subjected to polarization treatment to a 0.2 mm-thick piezoelectric ceramic plate 13 (Tokin product). (Name: N-10) was adhered to the positions shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B), respectively. A SiO 2 insulating film 14 is sputtered on the opposite side of the piezoelectric ceramic plate by 1000 sputtering, and 70.2% (atomic%, the same applies hereinafter) Fe, 12% Si, 10% by using a high-frequency magnetron sputtering apparatus. Using a mask of a magnetostrictive amorphous having a composition of B, a length of 10 mm and a width of 400 μm.
m, 2 μm thick and 2 turn meander line. The meandering line portion 15 is located substantially at the center. As shown in FIG. 8, the two devices were joined so that their surfaces were orthogonal to each other and soldered. The slider 16 of the magnetic head was bonded to the tip of the arm, and the opposite base was fixed to the fixing base 19 with a jig. Arm part 2
Two sets 17 and 18 of the displacement control system were constructed by combining the piezoelectric actuators and the flexural magnetostrictive sensors at several places. After applying a voltage of 30 V of each piezoelectric actuator section in the polarization direction, a time variation in a vertical direction and a horizontal direction with respect to the sliding surface of the head with respect to one point of the slider section,
The case where the displacement control system was activated and the case where it was not activated were observed using a television monitor-type tool microscope (× 100). The results are shown in the graph of FIG. If the displacement control system does not work, the vertical
In both the horizontal direction 22 and the horizontal direction, the amount of position fluctuation increases and changes over time in a fixed direction, but when the displacement control system works, the positions in the vertical 20 and horizontal 21 directions are kept constant. It was confirmed that the present invention was effective for position control of the magnetic head.
【0029】次に、図10に示すように磁気ヘッドのス
ライダ−摺動面に直交する方向にロ−ドセル24の加重
検知部25を接触させ、10mgの加重を加えた部分で
固定した。ロ−ドセル24はロ−ドセルの加重検知方向
に±20μmの微少振幅で振動できる機能を備えた台2
6に固定してある。ロ−ドセルの固定台26を時間に対
して正弦波的に振動させると磁気ヘッドとロ−ドセル2
4の接触圧力は10mgを中心にして正弦波的に変化す
る。固定台26を0.2Hzで振動させたとき、制御シ
ステムを機能させない場合と、機能させた場合の加重の
変化を図11に比較して示した。この結果から明らかに
なように、制御システムを機能させない場合は接触加重
の振幅が大きく変動が激しい(符号27)。これに対
し、本発明の制御システムを機能させた場合では接触加
重の変動が小さく(符号28)、磁気ヘッドの接触圧力
を効果的に制御できることが確認できた。上記について
は、PZT系セラミック板を用いた例について説明した
が、PZT系圧電材料をゾル・ゲル法、スパッタリング
法、CVD法などにより形成した薄膜としても、バルク
材と同様の機能を有する。Next, as shown in FIG. 10, the load detector 25 of the load cell 24 was brought into contact with the magnetic head in a direction perpendicular to the slider-sliding surface, and was fixed at a portion where a load of 10 mg was applied. The load cell 24 has a function of oscillating with a minute amplitude of ± 20 μm in the load cell detecting direction.
It is fixed to 6. When the fixed base 26 of the load cell is vibrated sinusoidally with respect to time, the magnetic head and the load cell 2 are moved.
The contact pressure of No. 4 varies sinusoidally around 10 mg. FIG. 11 shows, in comparison with FIG. 11, changes in weight when the control system is not operated and when the control system is operated when the fixed base 26 is vibrated at 0.2 Hz. As is apparent from this result, when the control system is not operated, the amplitude of the contact weight is large and fluctuates greatly (reference numeral 27). In contrast, when the control system of the present invention was operated, the fluctuation of the contact load was small (reference numeral 28), and it was confirmed that the contact pressure of the magnetic head could be effectively controlled. In the above, the example using the PZT-based ceramic plate has been described. However, a thin film formed of a PZT-based piezoelectric material by a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method, or the like has the same function as a bulk material.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の機能素子
は圧電体材料からなるアクチュエ−タと磁歪材料なる歪
みセンサ−の積層構造という単純な組合せにより、変位
量を自己検知し制御できる高度の機能を発現させること
できる。従って微少変位の制御や微少な接触圧力の制御
が必要とされる分野に有効である。特に、この機能素子
を具備した磁気ヘッドは摺動部分の記録媒体に対する位
置の微少制御や記録媒体とスライダ−部の接触圧力の自
己制御が可能となり小型化高記録密度化が著しい磁気記
録の信頼向上に大きく寄与できる。As described above, the functional element of the present invention is capable of self-detecting and controlling the amount of displacement by a simple combination of a laminated structure of an actuator made of a piezoelectric material and a strain sensor made of a magnetostrictive material. Function can be expressed. Therefore, it is effective in the field where control of minute displacement and control of minute contact pressure are required. In particular, a magnetic head equipped with this functional element enables fine control of the position of the sliding portion with respect to the recording medium and self-control of the contact pressure between the recording medium and the slider portion, thereby enabling the miniaturization and high recording density of magnetic recording. It can greatly contribute to improvement.
【図1】 (A)は片面に圧電体と磁歪膜を構成した場合
の本発明の機能素子、(B)は両面に圧電体及び片面に磁
歪膜を構成した場合の本発明の機能素子FIG. 1A is a functional element of the present invention in which a piezoelectric body and a magnetostrictive film are formed on one side, and FIG. 1B is a functional element of the present invention in which a piezoelectric body and a magnetostrictive film are formed on both sides.
【図2】 印加電圧と素子変形の方向を示す模式図FIG. 2 is a schematic diagram showing an applied voltage and a direction of element deformation.
【図3】 印加電圧とインビ−ダンスの変化率の関係を
示すグラフFIG. 3 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the rate of change of impedance.
【図4】 撓み変位量とインビ−ダンスの変化率の関係
を示すグラフFIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of deflection displacement and the rate of change of impedance.
【図5】 制御機能がある場合と無い場合の変位の経時
変化を示すグラフFIG. 5 is a graph showing the change over time of displacement with and without a control function.
【図6】 ハ−ドディスクドライブ(HDD)の磁気ヘ
ッドの概略説明図FIG. 6 is a schematic explanatory view of a magnetic head of a hard disk drive (HDD).
【図7】 (A)及び(B)はア−ム部の部分概略説明図FIGS. 7A and 7B are partial schematic illustrations of an arm portion.
【図8】 本発明を適用したア−ム部の一例を示す概念
図FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of an arm unit to which the present invention is applied.
【図9】 制御機能がある場合と無い場合の磁気ヘッド
摺動部の水平及び垂直位置の変動を示すグラフFIG. 9 is a graph showing variations in the horizontal and vertical positions of a magnetic head sliding portion with and without a control function.
【図10】 磁気ヘッドのスライダ−摺動面に直交する
方向にロ−ドセルの加重検知部を接触させて接触加重の
試験を行なう加重試験装置FIG. 10 is a load test apparatus for performing a contact load test by contacting a load detector of a load cell in a direction perpendicular to a slider-sliding surface of a magnetic head.
【図11】 制御システムを機能させない場合と機能さ
せた場合の加重の時間変化を示すグラフFIG. 11 is a graph showing a change in weight with time when the control system is not operated and when the control system is operated.
1 弾性体基板 2 電極 3 圧電セラミック 4 絶縁体膜 5 アモルファス膜 10 アーム部 11 ヘッド摺動部 12 りん青銅(弾性体)基板 13 圧電セラミック(電極付き) 14 絶縁体膜 15 アモルファス(磁歪性)パターン 16 磁気ヘッド摺動部(スライダー) 17 センサー付き変位素子(図7(A)) 18 センサー付き変位素子(図7(B)) 19 固定治具 24 ロードセル 25 ロードセル加重検知部 26 ロードセル駆動機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic substrate 2 Electrode 3 Piezoelectric ceramic 4 Insulator film 5 Amorphous film 10 Arm part 11 Head sliding part 12 Phosphor bronze (elastic body) substrate 13 Piezoelectric ceramic (with electrode) 14 Insulator film 15 Amorphous (magnetostrictive) pattern Reference Signs List 16 Magnetic head sliding portion (slider) 17 Displacement element with sensor (FIG. 7 (A)) 18 Displacement element with sensor (FIG. 7 (B)) 19 Fixing jig 24 Load cell 25 Load cell weight detection section 26 Load cell drive mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大槻 悦夫 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内 (72)発明者 田村 光男 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内 (72)発明者 谷 順二 宮城県仙台市青葉区通町1丁目5−11 (72)発明者 阿部 利彦 宮城県仙台市宮城野区苦竹4丁目2番1 号 東北工業技術研究所内 審査官 竹中 辰利 (56)参考文献 特開 平9−45972(JP,A) 特開 昭58−15282(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 21/21 H01L 41/09 H01L 41/12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Etsuo Otsuki 6-7-1, Koriyama, Taishiro-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Tokinnai Co., Ltd. (72) Mitsuo Tamura 7-7-1, Koriyama, Tashiro-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture No. Tokinnai Co., Ltd. (72) Inventor Junji Tani 1-5-11, Toromachi, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Inventor Toshihiko 4-2-1 Kutake, Miyagino-ku, Miyagi Prefecture, Tohoku Industrial Technology Research In-house examiner Tatsutoshi Takenaka (56) References JP-A-9-45972 (JP, A) JP-A-58-15282 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G11B 21 / 21 H01L 41/09 H01L 41/12
Claims (7)
体材料とセンサー機能を有する磁歪材料を積層し、圧電
体材料の歪みまたは変形による変位を磁歪材料により検
出して電気信号に変換し、これを圧電体材料の制御電圧
にフイードバックして積層体の変位を修正することを特
徴とする磁歪材料と圧電体材料との複合層からなる機能
素子。1. A piezoelectric material functioning as an actuator element and a magnetostrictive material having a sensor function are laminated, and a displacement due to distortion or deformation of the piezoelectric material is detected by the magnetostrictive material and converted into an electric signal. A functional element comprising a composite layer of a magnetostrictive material and a piezoelectric material, wherein the displacement of the laminate is corrected by feeding back to a control voltage of the material.
機能する接触型磁気ヘッドの駆動機構の一部に、アクチ
ュエータ素子として機能する圧電体材料と変位センサー
機能を有する磁歪材料を1または複数個形成し、磁気デ
ィスクとの接触によって生ずる圧電体材料の歪みまたは
変形を磁歪材料により検出して電気信号に変換し、これ
を圧電体材料のアクチュエータにフイードバックして圧
電体材料の変位を修正することにより、磁気ヘッドを磁
気ディスクに対して一定の接触圧力をもって接触させる
こと、及び又は圧電体材料の歪みまたは変形による変位
で磁気ヘッドの位置を磁気ディスクに対して水平方向に
微少制御すると同時に、この変位量の基準からのずれを
磁歪材料により検出して電気信号に変換し、これを圧電
体材料のアクチュエータにフイードバックして圧電体材
料の変位を修正することにより、磁気ヘッド部と磁気デ
ィスク面のトラックとの位置関係を微少調節することを
特徴とする磁歪材料と圧電体材料との複合層からなる機
能素子を備えた磁気ヘッド。2. A method according to claim 1, wherein one or a plurality of piezoelectric materials functioning as actuator elements and a plurality of magnetostrictive materials having a displacement sensor function are formed in a part of a drive mechanism of the contact type magnetic head which functions with a constant contact pressure with the magnetic disk. By detecting the distortion or deformation of the piezoelectric material caused by contact with the magnetic disk by the magnetostrictive material and converting it into an electric signal, and feeding it back to the actuator of the piezoelectric material to correct the displacement of the piezoelectric material, The magnetic head is brought into contact with the magnetic disk with a constant contact pressure, and / or the position of the magnetic head is finely controlled in the horizontal direction with respect to the magnetic disk by the displacement due to the distortion or deformation of the piezoelectric material. The deviation from the standard is detected by the magnetostrictive material and converted into an electric signal, which is By correcting the displacement of the piezoelectric material by feeding back to the data, the positional relationship between the magnetic head and the track on the magnetic disk surface is finely adjusted. From the composite layer of the magnetostrictive material and the piezoelectric material, Magnetic head having a functional element.
する浮上型磁気ヘッドの駆動機構の一部に、アクチュエ
ータ素子として機能する圧電体材料と変位センサー機能
を有する磁歪材料を1または複数個形成し、圧電体材料
の歪みまたは変形による変位で磁気ヘッドの位置を磁気
ディスクに対して垂直方向及び又は水平方向に微少制御
すると同時に、この変位量の基準からのずれを磁歪材料
により検出して電気信号に変換し、これを圧電体材料の
アクチュエータにフイードバックして圧電体材料の変位
を修正することにより、磁気ヘッド部の記録媒体に対す
る間隔及び又は磁気ディスク面内のトラックとの位置関
係を微少調節することを特徴とする磁歪材料と圧電体材
料との複合層からなる機能素子を備えた磁気ヘッド。3. One or a plurality of piezoelectric materials functioning as actuator elements and one or more magnetostrictive materials having a displacement sensor function are formed in a part of a drive mechanism of a floating magnetic head functioning at a fixed interval from a magnetic disk. At the same time, the position of the magnetic head is finely controlled in the vertical and / or horizontal directions with respect to the magnetic disk by the displacement due to the distortion or deformation of the piezoelectric material. Converting the data and feeding it back to an actuator made of a piezoelectric material to correct the displacement of the piezoelectric material, thereby finely adjusting the distance between the magnetic head and the recording medium and / or the positional relationship with the track in the magnetic disk surface. A magnetic head comprising a functional element comprising a composite layer of a magnetostrictive material and a piezoelectric material, characterized in that:
であることを特徴とする請求項1〜3のそれぞれに記載
の機能素子又は該機能素子を備えた磁気ヘッド。4. The functional element according to claim 1, wherein the piezoelectric material and / or the magnetostrictive material is a bulk material.
ることを特徴とする請求項1〜3のそれぞれに記載の機
能素子又は該機能素子を備えた磁気ヘッド。5. The functional element as claimed in claim 1, wherein the piezoelectric material and / or the magnetostrictive material is a thin film.
のアモルフアスであることを特徴とする請求項1〜5の
それぞれに記載の機能素子又は該機能素子を備えた磁気
ヘッド。6. The functional element according to claim 1, wherein the magnetostrictive material is an amorphous material of a Fe—Co—Si—B-based alloy.
を磁歪材料により、1MHz〜2GHzの高周波キャリ
ヤを使用して検出することを特徴とする請求項1〜6の
それぞれに記載するの機能素子又は該機能素子を備えた
磁気ヘッド。7. The functional element according to claim 1, wherein a displacement due to distortion or deformation of the piezoelectric material is detected by a magnetostrictive material using a high-frequency carrier of 1 MHz to 2 GHz. A magnetic head including the functional element.
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---|---|---|---|
JP9306375A JP2896127B2 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Functional element comprising composite layer of magnetostrictive material and piezoelectric material and magnetic head provided with the same |
Applications Claiming Priority (1)
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JP9306375A JP2896127B2 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Functional element comprising composite layer of magnetostrictive material and piezoelectric material and magnetic head provided with the same |
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JPH11126449A JPH11126449A (en) | 1999-05-11 |
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-
1997
- 1997-10-22 JP JP9306375A patent/JP2896127B2/en not_active Expired - Lifetime
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